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    某真空箱體的結構強度分析與優化

    發布于:2016-02-16 21:35
    強度分析

          近年來真空冷卻與氣調保鮮技術有機結合,衫譽為21世紀保鮮新技術。其主要內容是由農產品的采摘、真空冷卻、氣調處理、貯藏、運輸等多個環節形成的“冷鏈”組成。該技術對收獲后的新鮮農產品(蔬菜、果品、花卉)的保鮮延長儲存期有著明顯效果,可擴大農產品異地調配范圍,實現不同季節均衡上市,促進出口創匯,具有明顯的社會經濟效益。該保鮮技術中的一個重要部件是真盛箱。它體積龐大,同時為了抵抗抽真空所導致的壓力,一般采用不銹鋼制成,這樣真空箱在制造和迄輸過程中花費較大。
          為了在滿足工作要求的前提下進一步降低產品材料消耗及成本,本研究在對原有真空箱強度分析的基礎上,利用有限元分析方法對真空耗進行了優化設計。圖所示是一真空箱,其外形為一長方體,外形尺寸為8900X2836X2648mm,由12mm厚的1Cr18Ni9鋼板作基板和8mm厚的1Cr18Ni9鋼板作加強板焊接而成。在工作過程中,真空箱通過四個支腳固定,其內部處于真空狀態。
          由于真空箱使用前,在大約1個小時內由常壓抽為真空,因此可以認為真空箱是處于靜載作用下的,外壓p=98466.5Pa,工作時真空箱四個腳固定,這樣其約束采用在四個節點約束6個自由度。根據壓力容器的相關規范,取安全系數n=2。真空箱的焊縫強度是一個非常復雜的問題,暫不研究。在有限元模型中把焊接作為一體處理。使用isomesh自動劃分網格,采用quad4網格形式。考慮建立殼(shell)單元時厚度的不同,以及加載方便,分別以前后基板、左右基板、上下基板和加強板建立四個分組。為使劃分的網格匹配,保證基板、加強板之間的載荷傳遞,采用小塊表面(surface)建立幾何模型,共建立1722個表面。加上邊界條件和材料后,使用Patran2004分前面的分析和設計經驗,基板的厚度值范圍限定為5-13mm,加強板的厚度值范圍限定為3-9mm。設計目標是重量最輕,設計約束為Von-Mises應力值在450 MPa,分析中設定循環次數為10,實際計算中4次就逼近了設計目標。以基板和加強板的厚度作為設計變量,根據查看*.f06文件,優化的詳細結果如下:設計變量的值為左右基板厚度為5.0013mm,前后基板厚度為5.0mm,上下基板厚度為5.0004mm、加強板厚度為7.8316mm,經過優化設計后,真空箱重量由13120Kg減小為7897Kg。
          本研究首先對原有的真空箱進行了強度分析,確定其強度有較大裕度。然后在上述分析的基礎上,使用有限元方法以重量為優化目標對真空箱進行優化設計,并獲得了最小壁厚。同時,真空箱的重量13120Kg降低到7897Kg,減小4000kg,效果比較明顯。


                                                                                      專業從事機械產品設計│有限元分析│強度分析│結構優化│技術服務與解決方案
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